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Blick aus dem Fenster einer Boeing 787 über die Tragfläche © AirTeamImages.com / Simon Willson

Ein Blick in die Flugpläne zeigt es: Die Flugzeiten von Europa in die USA sind bei allen Airlines in der Größenordnung von etwa 30 bis 60 Minuten länger als der Rückweg aus den USA nach Europa. Woran liegt das? Liegt es an der Erddrehung? Ja, aber nur indirekt. Direkt liegt es schlicht und einfach am Wind.

Auf der Nordhalbkugel weht nämlich in großer Höhe recht verlässlich ein starker Wind von West nach Ost - ein Jetstream. Auf dem Weg nach Nordamerika ist es ein Gegenwind, auf dem Rückweg ein Rückenwind. Da dieser Wind so verlässlich ist, wird er in den Flugplänen entsprechend berücksichtigt, woraus die unterschiedlichen Flugzeiten resultieren.

Ich bin bereits öfters nach Amerika geflogen. Der Rückflug geht eigentlich immer schneller. Müssen Flugzeuge in Richtung USA einen Umweg fliegen oder liegt das irgendwie an der Erdrotation?

Stefan K.

Fliegt ein Flugzeug im Jetstream, addiert sich die Windgeschwindigkeit zu der Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs, also der Geschwindigkeit relativ zu der umgebenden Luftmasse. Nimmt man einen üblichen Wert von etwa 440 Knoten oder 814 Stundenkilometer als Eigengeschwindigkeit und addiert die Geschwindigkeit eines Jetstreams von beispielsweise 170 Knoten (314 Stundenkilometer), kommt man auf Werte von über 1100 Stundenkilometer über Grund. Bei einem entgegengesetzten Flug verringert sich die Geschwindigkeit entsprechend. Die Geschwindigkeit über Grund wird übrigens bei vielen Flugzeugen auf den Bordmonitoren angezeigt.

Natürlich tritt der Effekt des Jetstreams auch auf Kurzstreckenflügen auf. Allerdings ist der Einfluss hier deutlich geringer und wird von anderen Effekten, wie etwa langen Rollzeiten am Boden, deutlich überlagert.

So entstehen Jetstreams

Das globale Wettergeschehen lässt sich stark vereinfacht so darstellen: Im Bereich des Äquators ist die Sonneneinstrahlung am stärksten, wodurch sich die Luftmassen erwärmen, aufsteigen und Wolken bilden. Die Atmosphäre ist an dieser Stelle sehr hoch und reicht hinauf bis zu 18 Kilometer. In der Höhe teilt sich die Luftmasse und strömt in Richtung der Pole.

An den Polen ist die Sonneneinstrahlung sehr gering, so dass die Luft hier großflächig absinkt. In Bodennähe strömt sie wieder in Richtung Äquator, trifft auf die Luftmasse von der anderen Halbkugel und steigt vereint wieder auf. Der Kreislauf schließt sich.

Die Kraft, die die Luftmassen vom Äquator zu den Polen treibt, wird auch Gradientkraft genannt. Sie ist die eine Komponente, die für unser Windsystem verantwortlich ist. Die zweite Kraft ist die Coriolis-Kraft. Diese Scheinkraft führt dazu, dass die zu den Polen fließende Luftmasse nach Osten abgelenkt wird. Somit entsteht eine östlich gerichtete Grundströmung, die das Wettergeschehen in unseren Breiten maßgeblich mitbeeinflusst. Am Rande von großen Luftmassenfronten können sich die Jetstreams ausbilden.

Das Wissen über die Jetstreams ist übrigens noch nicht sehr alt. Ende des 19. Jahrhunderts gab es in Japan erste Beobachtungen und Studien mit Wetterballonen. 1939 schuf dann der deutsche Meteorologe den Begriff "Strahlstrom", aus dem das Wort "Jetstream" im Englischen abgeleitet wurde. Erst 1942 gelang dem Norweger Sverre Pettersen in den USA ein Nachweis, der allerdings bis nach Ende des zweiten Weltkriegs unter Verschluss gehalten wurde.

Nutzung der Jetstreams im Flugbetrieb

Bis zur kommerziellen Nutzung eines Jetstreams in der Luftfahrt sollten noch zehn Jahre vergehen: Im November 1952 wurde erstmals bewusst ein Pan-Am-Flug von Tokio nach Honolulu in einen Jetstream geplant. Das Resultat war beeindruckend: Die Flugzeit konnte von 18 auf 11,5 Stunden reduziert werden.

Heutzutage liegen in den großen Klimarechenmodellen die dreidimensionalen Wetterdaten für jeden Punkt auf dem Globus aktuell und als Vorhersage für die nahe Zukunft vor. Die Programme der Flugplaner berücksichtigen die Jetstreams vollumfänglich und versuchen, eine Route zu finden, die sie bestmöglich nutzt: Auf dem einen Weg möglichst genau entlang des Jetstreams als Rückenwind, in der Gegenrichtung weiträumig umfliegend.

Jetstreams beeinflussen unser Wetter

Die beiden Hauptstrahlströme, Querschnitt entlang der Breitengrade. Foto: © Public Domain, National Weather Service

Der sogenannte "polare Strahlstrom" oder "Polar Jet", verläuft in den mittleren Breiten zwischen 40 und 60 Grad Nord/Süd an der Polarfront in einer Höhe von etwa sieben bis zwölf Kilometer. Er tritt ganzjährig auf, erreicht seine maximale Ausprägung aber im Winter, wenn der Temperaturunterschied zwischen der polaren Kaltluft und den gemäßigteren Luftmassen am deutlichsten ausgeprägt ist: Zu dieser Zeit erreicht er Geschwindigkeiten zwischen 200 und 500 Stundenkilometer im Kern, während er im Sommer eher in der Größenordnung von 100 bis 200 Stundenkilometer liegt. Bedingt durch dynamische Effekte in der Atmosphäre sind die einzelnen Segmente teilweise stark gekrümmt und werden nur wenige tausend Kilometer lang. Ausprägung, Lage und Form des Polar Jets ändern sich dabei kontinuierlich.

In der Gegend der Wendekreise, also um 20 bis 30 Grad Nord/Süd findet man den "Subtropenstrahlstrom" oder "Subtropical Jet". Dabei handelt es sich ebenfalls um einen Westwind, der sein Maximum im jeweiligen Winter erreicht. Er ist jedoch deutlich schwächer ausgeprägt als der Polar Jet und in größeren Höhen oberhalb von zehn Kilometern zu finden.

Neben diesen beiden großen Jetstreams gibt es noch diverse kleinere Phänomene, wie beispielsweise den "Tropical Easterly Jet", einem im Nordsommer zwischen Asien und Afrika verlaufenden Ostwind, oder sehr tiefe Jetstreams, die regional beschränkt auftreten können.

Übersicht und Vorhersagen zu Jetstreams sowie weitergehende Informationen zum Thema.

Über dem Festland sind die planerischen Möglichkeiten eingeschränkt, da die vorgegebenen Luftstraßen nur bestimmte Flugwege erlauben. Mehr Freiheit existiert über den Ozeanen: Hier können die Airlines nahezu beliebig ihren Flugweg gestalten. Ausnahmen gibt es nur in Gegenden mit sehr hohem Verkehrsaufkommen wie beispielsweise über dem Nordatlantik zwischen Europa und den USA. Allerdings werden in dieser Region zweimal am Tag unter Berücksichtigung der aktuellen Jetstreams Luftstraßen neu angelegt: Vormittags aus Europa in Richtung USA, nachts aus den USA gen Europa.

Wie sich der Klimawandel auf die Jetstreams auswirkt, wird in der Wissenschaft derzeit stark diskutiert. Unbestritten ist, dass es Veränderungen gibt, wie zum Beispiel die steigenden Temperaturen an den Polen, die den Nord-Süd-Temperaturunterschied zum Äquator hin verringern. Manche Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Jetstreams in Zukunft einfach noch stärker krümmen und verlagern. Dabei können große stabile Wetterblöcke entstehen, die regional zu langanhaltenden Wetterphänomenen führen können: Das Wetter ändert sich weniger, es kommt zu länger anhaltenden Trocken- oder Niederschlagsperioden.

Andere Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Jetstreams weiter nach Norden verlagern werden, wie eine Studie der Universität Arizona prognostiziert.

"Clear Air Turbulence" - das unsichtbare Risiko

Bedingt durch den großen Geschwindigkeitsunterschied der Luft im Jet und der Luft in der Umgebung kann es in den Randbereichen der Jetstreams zu Verwirbelungen der Luft kommen, also Turbulenzen. Je nach Stärke der Geschwindigkeitsänderung der Luft variiert sie von einem kaum wahrnehmbaren Niveau bis hin zu sogenannter "severe turbulence". Da die Turbulenz im Bereich von Jestreams nicht mit sichtbaren Zeichen verbunden ist, spricht man von sogenannter "clear air tubulence", die auch das Wetterradar an Bord nicht erkennen kann.

Piloten erhalten vor jedem Flug Wetterkarten, die sogenannten "Significant Weather Charts", auf denen die Lage, vertikale Ausdehnung und Stärke der Jetstreams verzeichnet ist, ebenso wie Vorhersagen zu Turbulenzen. Aber: Trotz vieler Jahre der Forschung und stetig verbesserter Berechnung ist die Vorhersage von Turbulenzen im Bereich von Jetstreams in der Praxis meist kaum mehr als ein Tippspiel: Da, wo es Wackeln soll, ist oft nichts und da, wo nichts vorhergesagt ist, wackelt es umso kräftiger. Der Gebrauch von Anschnallgurten, wann immer man im Flugzeug sitzt, empfiehlt sich daher ausdrücklich - der Gurt muss nicht dauernd eng eingestellt sein, sollte einen aber gut im Sitz halten, falls es plötzlich zu einer Turbulenz kommt.

Auch wenn die Turbulenz für den Menschen unangenehm oder teilweise gefährlich ist - dem Flugzeug machen sie in der Regel nichts aus. Aber das ist vielleicht ein Thema für eine weitere Folge.

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